地球的起源与演化

地球的起源与演化魏刚锋长安大学地球科学与国土资源学院本次课堂内容地球的起源与演化宇宙的起源太阳系及地球的起源地球的演化一宇宙的起源20世纪初，天文学家斯里弗尔在观测银河系外的仙女座大星云时，取得15个星系的光谱资料，经过研究，发现其中13个正在以每秒数十万米的高速退行，即离开我们愈来愈远。1929年，哈勃根据观测到的河外星系正在退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们地球的距离成正比，即离得愈远退行愈快。我们已知的宇宙正在膨胀。宇宙的爆炸：巨蛇座鹰状星云(M16)恒星在这里诞生麒麟座玫瑰星云(约50万岁的“婴儿”恒星)超新星遗迹(大麦哲伦星云中的1987A超星型)天琴座环状星云(中心为白矮星)宇宙大爆炸的证据:爆炸形成的宇宙一直在降温，恒星是在降到40000K以下时才开始形成；现在测得最老的星系的年龄都只有100多亿年，符合这个理论的推断；盖莫预言：在大爆炸的特殊宇宙背景下产生出来的微波辐射，至今还存在于宇宙空间中。彭兹亚斯和威尔逊于1964年测得一种3K的微波背景辐射。现在测得不同天体上氦丰度，一般都达到30%左右；因爆炸而使星系间的距离拉开，更已是熟知的事实；天文观测中已多次记录到超新星爆炸；另外新近得到的两个黑洞撞击爆炸的信息，都可以作为佐证。二太阳系及地球的起源金星火星地球水星木星土星天王星海王星火卫一(Phobos)表面有一巨大的陨石撞击坑火卫二(Deimos)每30小时绕火星运行一周哈雷彗星月球上的撞击坑太阳系及地球的起源：星云说康德认为是万有引力的作用，使这些原始的弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。拉普拉斯旋转星云析出圆环，圆环一次又一次地被分出来，并分别凝聚结成行星，行星周围的卫星也有着类似的形成过程，星云中心部分则收缩成为太阳。星云说不能解决太阳和行星的单位质量的角动量问题，太阳和行星的单位质量的角动量，应该是一样的，但实际上相差近100倍。灾变说潮汐说俘获说原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可以和太阳不同。磁耦合说太阳可以通过磁场的作用，把自己的一部分角动量转移给形成行星和卫星的云团。电磁场的作用能说明在太阳系形成的过程中，从中心抛出物质的质量虽不多，但带走的角动量可以很多。地球的形成在太阳系内，由于接受的太阳辐射多，温度高，轻的气体被辐射到远处，散失到太阳系的外部远处构成类木行星。近太阳的地区，以尘埃中的固体物质为主，化学组成当然和原来的星云有显著的不同（铁、硅、镁、氧为主）近处构成类地行星。压缩、放射性元素蜕变和陨石撞击导致温度升高。重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构：铁和镍比较重，含量也多，分离出来成为液态的金属向中心聚集——地核；较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳；气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围。三地球的演化在距今46－38亿年期间，原始地球是均质的固体，主要是硅质化合物、铁、镁的氧化物。原始冷的地球由于：（1）微星碰撞转换来的热;（2）压缩导致温度升高;（3）放射性元素蜕变生热；导致地球逐渐变热。未来的发展趋势？？？第二节地球层圈构造的形成一、内部热演化//二、内部圈层的形成//三、外部圈层的形成大约在40亿年前，地球接近于均质体，由于内部生热，在地内400－800km深部温度已达2000C。由于铁、镍的熔点较硅酸盐低，因此优先融化形成金属层。同时，硅酸盐开始软化，开始发生重力分异。于是，比重大的铁、镍熔滴开始沉向地心，沉降过程中，重力能转化为热能，导致地球大部分发生熔化，于是全面的重力分异作用发生。第二节地球层圈构造的形成一、内部热演化//二、内部圈层的形成//三、外部圈层的形成导致硅铝－硅镁质物质上浮形成地壳；铁、镍下沉形成地核；二者之间的铁镁硅酸盐形成地幔。终于形成地球的层圈构造。地球上最古老的岩石年龄为38亿年，意义？？？第二节地球层圈构造的形成一、内部热演化//二、内部圈层的形成//三、外部圈层的形成原始地球表面如同现今的月球一样，没有水、气、生物圈，是地球分异过程中逐渐形成的。水圈的形成——原始冷的地球把水分组合在矿物中。当地球逐渐热起来，便发生熔化和分异作用，水便以蒸气云的形式或随同火山喷发而释放出来，水气遇冷形成降雨，汇集形成水圈。第二节地球层圈构造的形成一、内部热演化//二、内部圈层的形成//三、外部圈层的形成大气圈的形成——原始冷的地球不可能吸附气体，后来由于火山作用，释放出气体（水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和少量氯化氢、氨和甲烷等）。（1）水蒸气在太阳紫外线光照射下，分解形成氢和氧，氢逃逸于太空。（2）新生的氧和氨反应（4NH3＋3O2＝2N2＋6H2O），生成氮气。（3）光合作用摄取CO2，放出O2原始的大气圈逐渐形成。第二节地球层圈构造的形成一、内部热演化//二、内部圈层的形成//三、外部圈层的形成第三节生命的起源与演化由于大气圈、水圈的形成，逐渐形成了生物圈。Ar——单细胞生物（原核生物）：细菌和兰藻、少量迭层石Pt1——迭层石发育，出现真核生物。Pt3——藻类大发展（兰藻、绿藻、褐藻、红藻等）；迭层石发育；真核生物发展。第三节生命的起源与演化Pz1——三叶虫、腕足类、笔石、头足类、珊瑚、棘皮动物和古杯类（寒武纪生物大爆发）。第三节生命的起源与演化Pz2——陆生植物繁盛，（孢子植物为主，少量裸子植物）其中D是“鱼类时代”；C－P是“两栖类时代”；P爬行类；无脊椎动物开始繁盛，出现昆虫等。第三节生命的起源与演化Mz——爬行类繁盛，“恐龙时代”；出现鸟的祖先——始祖鸟第三节生命的起源与演化Cenozoic——哺乳动物和被子植物。第三节生命的起源与演化Cenozoic——哺乳动物和被子植物。生命的起源与演化了解：1宇宙、太阳系及地球的起源2地球的演化：结构、地壳和生物3天文地质学是运用天文的方法、观测资料和成果探讨地球上各种地质现象、成因、演化的一门学科。地球演化早期，陨击作用十分普遍及强烈。银河系、太阳系、小天体对地球均有影响。地球是一个开放的动力系统，经历着由简单到复杂，由低级到高级、不可逆的进化过程，均变与灾变交替进行，并具有周期性。本次讲课要求思考题（一）基本概念天文地质学陨击作用地球系统科学（二）回答问题1.简述宇宙环境与地球演化的关系。2.地球内部圈层如何形成？3.简述生命的起源与演化。4.根据已学过的知识，概述地球各圈层之间的相互作用。（三）画示意图说明陨击作用过程。本章参考文献1.陶世龙等．地球科学概论．北京：地质出版社．P126—138，19992.於崇文．固体地球系统的复杂性与自组织临界性．地学前缘，5（3，4）：159—182、347—368．19983.沃尔德罗·米歇尔．复杂．陈玲译．505页．北京：三联书店，19974巴罗JD．宇宙的起源．卞毓麟译．上海：上海科学技术出版社，119页．19955.欧阳自远，张福勤，林文祝等．行星地球的起源和演化模式—地球原始不均一性的起源及其对后期演化的制约．地质地球化学，（5）：11—15．19956.欧阳自远，王世杰，张福勤．天体化学：地球起源与演化的几个关键问题．地学前缘，4（3—4）：175—183．19977.殷鸿福，徐道一，吴瑞棠．地质演化突变观．武汉：中国地质大学出版社，202页．19888.周瑶琪，吴智平，章大港，赵华刚，对地质节律与地球动力学系统的思考．地学前缘，4（3—4）：85—94．19979.任振球．全球变化—地球四大圈层异常变化及其天文成因．北京：科学出版社，226页．199010.阿莱格尔CT．陨石，地球，太阳系．鲍道崇译．北京：地质出版社，240页．198911.EarthSystemSciencesCommittee，NASAAdvisoryCouncil，EarthSystemScienceACloserView,NationalAeronauticsandSpaceAdministrationg，WashingtonD．C．,208pp．198812.KastingJF．OriginofwaterontheEarth．ScientificAmerican,9(3):16—22．199813.RampinoMRandStothersRB．Geologicalrhythmsandcometaryimpacts．Science,226:1426—1431．198414．RampinoMRandStothersRB．Terrestrialmassextinctions：CometaryimpactsandSunmotionperpendiculartohegalacticplane．Nature,308:709—712．1984